Технология ручного бурения скважин на воду

Колодец или скважина?

Работы по оформлению колодца сложнее и опаснее, нежели по производству скважины на воду. Зато колодец ремонтопригоден.

Из колодца можно вычерпать столько воды, сколько «земля даст», тогда как скважина сама «тянет» воду из земельных пластов. Именно поэтому срок службы скважин ограничен, и они способны не в лучшую сторону поменять геологию конкретной местности. А грамотно оформленный колодец эксплуатируется не то, что десятилетиями — столетиями и даже тысячелетиями, если высечен в скальном грунте. И на экологию эти сооружения не оказывают абсолютно никакого негативного воздействия.

Грамотным подходом к организации водоснабжения считается вырыть частную скважину на воду «с прицелом» на коллективный артезианский водопровод, долговечный и безопасный. Если же таких планов нет, копают колодец. И систему водоснабжения строят капитальную. Использованную скважину бетонируют, а землю вокруг нее возвращают в хозяйственный оборот.

Сфера применения колонкового бурения

Колонковое бурение – метод, позволяющий с наибольшей точностью определять глубину расположения кровли и подошвы грунтовых слоев, а также глубинную отметку зеркала грунтовых вод.

Колонковая буровая технология широко применяется в таких отраслях:

• Водоснабжение в промышленной и частной сфере. Бурение скважин для частного водоснабжения, организация водозабора целых поселков или городских кварталов эффективно выполняется колонковым бурением благодаря тому, что бур легко проникает на большие глубины. Колонковый снаряд способен поднять практически любую разрушенную породу кроме водонасыщенных и рыхлых несвязных грунтов (песков, гравия, гальки);
• Геологоразведка в горнодобывающей промышленности. При проходе горной породы происходит точечное воздействие на грунт по радиусу вращения. Другими словами, снарядом, конструктивно напоминающим трубу, выбуривается цельный массив горных пород без нарушения их структуры и состояния.
• Строительство. Проведение инженерно-геологических исследований для изучения физико-механических свойств грунтов, состояния пород. Колонковая технология предоставляет возможность с высокой точностью выявить УГВ и отобрать пробы воды для изучения их агрессивности по отношению к бетону.

В ходе колонкового бурения извлекается керн – столбик грунта или смежных грунтовых слоев. Керн характеризуется цельной естественной структурой, что обеспечивает проведение всестороннего анализа изучаемой породы. Бурение колонковой трубой позволяет с наивысшей точностью определить глубину залегания породы с целью изучения.

Колонковое бурение скважин обеспечивает целостность извлекаемого керна, что способствует качественному изучению породы. Одновременно с тем производится наиболее качественная чистка забоя от разрушенной породы

Использование колонкового бура в строительстве существенно облегчает и ускоряет процессы. В подготовленное колонковым буром отверстие легко забивается свая либо монтируется готовая железобетонная конструкция. Колонковое бурение позволяет создавать цилиндрические отверстия в кирпичных и бетонных конструкциях.

Виды самодельных буровых установок

Для самостоятельного бурения скважин (на воду и не только) требуется хоть небольшая буровая установка. Глубина скважин редко бывает меньше 20 метров и без применения хоть простейших механизмов обойтись очень сложно. Если говорить о техниках бурения и типах бутовых установок, то сделать своими руками можно следующие буровые:

• Ударно-канатную установку. Принцип работы этого типа оборудования основан на силе тяжести. На какой-то высоте закрепляют тяжелый буровой снаряд в заточенными краями — стакан или желонку. Его «роняют» несколько десятков раз. Каждый раз снаряд прорезает некоторую часть грунта, а порода застревает внутри полого снаряда (для сыпучих грунтов они снабжаются клапанами). Стакан вынимается из скважины, грунт удаляется. Далее процесс продолжается до тех пор, пока скважина не достигнет требуемой глубины. Для самостоятельного исполнения подобные устройства — самые простые. В наиболее бюджетном варианте это некая станина, позволяющая закрепить блок над скважиной. Через блок перекинут длинный трос с привязанной желонкой. За трос можно дергать «вручную», а можно установить мотор-редуктор с барабаном.

• Шнековая буровая установка. Углубление в грунт происходит при помощи шнека — стержня с наваренными винтом лопастями. Шнеком можно вручную пробурить скважины в пару метров — под свайный фундамент, например. Для прохождения плотных слоев типа глины или плотных песков, требуется солидное усилие. Поэтому требуется двигатель с большим вращающим моментом, а они работают от 380 В. И то, шнековые установки практически бесполезных на каменистых грунтах. И все равно — просто это небольшой камень типа щебня или скальные породы — шнек их не пройдет.

• Роторное бурение. Используется тоже принцип вращения, но внутрь бура подается бурильный раствор (вода). Это эффективный способ — вода выносит на поверхность шлам (раздробленную породу), и бур очень редко вынимают на поверхность. Его только сверху постоянно наращивают, устанавливая дополнительные штанги. Есть роторные установки «сухого» бурения — без растворов, но они требуют больших усилий, скорость бурения при этом намного ниже. Поэтому такие установки делают и используют редко.

Выбор типа буровой установки для изготовления ее своими руками зависит от геологии местности, где будут бурить, влияет также глубина залегания водоносных слоев. Наиболее универсальный метод — ударно-канатный. Хорошо проходят разные грунты при помощи роторного оборудования с использованием воды (этот способ называют еще гидробурение). Для разных типов грунтов используют разной формы долота, а измельченный грунт вымывается на поверхность водой.

Самый «капризный» по грунтам шнековый бур, зато он неплохо справляется с вязкими грунтами — глинами, суглинками, но с валунами и каменистым грунтом он застревает.

На что нужно обратить особое внимание при бурении скважины

В договоре условия приемки работ должны быть четко прописаны: проверяются качество воды, количество воды и глубина скважины. Заказчику обязаны продемонстрировать вытекающую из скважины воду. Ее количество легко измерить при помощи ведра и секундомера на часах. Вода должна быть визуально прозрачной. В ней допустима некоторая мутность, но песка, песчинок, скажем, на бутылку воды больше чем одна столовая ложка быть не должно.

Скважину промеряют до дна. Глубину скважины заказчик должен обязательно принять на месте. Есть разные способы: грузик на веревочке, промаркированной по метру; буровые штанги и др. Недобросовестные бригады предлагают следующее: «Мы бурим на 20 метров, для фирмы напишем, что 15, а 5 ты нам платишь по другому тарифу». Поэтому серьезные компании в договоре прописывают, что при несоответствии указанной глубины скважины с фактической никаких гарантий заказчику не предоставляется.

Бурение скважины установкой УРБ 2А2

Бывает так, что скважина пробурена, а воды нет. Здесь два варианта: ее просто нет, либо буровики не смогли ее по каким-то причинам получить. Получилась, так называемая — сухая скважина. Нормальные компании всегда предупреждают, что есть опасность получить «сухаря», когда заказчик ничего не узнал, соседей не опросил.

Колодцы — это не скважины, в колодцах всегда будет вода, они работают за счет широкого дна, достаточно небольшого слоя песка — вода будет. Скважина работает боковыми стенками, фильтром, и нужно не полметра песка, а метров 5-7, чтобы скважина начала работать. Такого слоя песка может не оказаться на участке. Например, на 50% территории Московской области пески залегают пятнами. Здесь есть линза песка, а дальше она заканчивается, и никак внешне она не обозначена.

Как с этим бороться? Четче работать с соседями, выяснять, искать хорошего геолога, поднимать каталоги, карты. Или бурить скважину на артезианскую воду, которая есть повсеместно.

Если бригада не справилась. Причинами могут быть сложные условия бурения (валуны, крупный обломочный материал, щебенка, гравий), но чаще это плохой буровой инструмент, изношенная техника, неопытный мастер. Как с этим бороться? Не пытаться всеми силами сэкономить, а обращаться в серьезную компанию.

Основные способы забуривания скважин

В зависимости от вида и состояния горных пород в приповерхностном слое, диаметра и типа породоразрушающего инструмента, способа бурения, вида очистного агента и бурильной колонны применяют следующие основные способы забуривания скважин.

• 1. Установка трубы-направления скважины в шурф, предварительно выкопанный вручную. После установки в шурф трубу-направление или цементируют или закапывают. Этот способ применяется при бурении скважин большого диаметра шарошечными долотами с промывкой скважины глинистым раствором (в основном скважины на нефть и газ) и при бурении геологоразведочных скважин ударно-канатным способом.
• 2. Забуривание скважины «всухую», т. е. без промывки или продувки. Этот вариант находит применение при бурении с поверхности земли в тех случаях, если верхний интервал геологического разреза представлен осадочными породами при использовании обычных снарядов (без съемного керноприемника). Для бурения колонковый набор оснащают твердосплавной коронкой типа СМ или СА, а забуривание производят при медленном вращении колонны и повышенных нагрузках на глубину 2-3 м до коренных пород. Если коренные породы залегают глубже, то «всухую» бурят до предельно возможной глубины, а затем устанавливают трубу-направление и ведут бурение до коренных пород уже с промывкой инструментом меньшего размера.

Возможен вариант забуривания «всухую» посадкой обсадной колонны, оснащенной коронкой или башмаком в рыхлые сыпучие породы с вращением и под действием повышенной осевой нагрузки на предельно возможную глубину. Обсадную колонну после этого не извлекают, а породу внутри колонны разбуривают уже с промывкой колонковым набором меньшего размера.

3. Забуривание с продувкой пневмоударником или шарошечным долотом может применяться по любым, в том числе твердым, выветрелым породам, породам, насыщенным крупными обломками и на значительные глубины. Этот способ рекомендуется для различных условий бурения, но только в том случае, если не требуется керн в интервале забуривания. Для забуривания может использоваться, например, пневмоударник П-105 (диаметр долота 105 мм) и компрессор, обеспечивающий давление воздуха 0,2-0,5 МПа. Для оперативного забуривания целесообразно иметь в организации мобильный компрессор с комплектом бурового инструмента именно для осуществления операций забуривания.

При бурении по неустойчивым, аллювиальным, сыпучим породам бурение пневмоударником может осуществляться с поверхности с опережающим креплением ствола скважины, когда разрушение породы на забое сопровождается забиванием и обсадной колонны, оснащенной башмаком или специальным долотом. По данной схеме реализуется бурение в соответствии с методами OD, ODEX и DEPS компании Atlas Copco.

4. Забуривание с промывкой алмазным или твердосплавным инструментом проводят при бурении из подземных горных выработок без установки обсадных труб, если породы устойчивые и несклонные к набуханию и обваливанию.

Техническая вода в этом случае удаляется из скважины изливом и попадает в зумпф по канавке.

Устье скважины при бурении горизонтальных или восстающих скважин, буримых из подземных горных выработок, обязательно оборудуется специальным герметизирующим устье скважины патрубком при использовании для бурения снаряда ССК. Тогда доставка и извлечение керноприемника и овершота производится за счет регулируемого гидравлического напора в герметичном пространстве ствола скважины.

Вариант забуривания с промывкой практикуется и при бурении скважин с поверхности ССК. В этом случае забуривание производят с промывкой водой колонковым набором ССК с твердосплавной или алмазной коронкой до предельной глубины и извлекают на поверхность керноприемник с керном. Техническая вода, на начальном этапе, изливается из скважины и удаляется за пределы буровой установке по канавке. Далее производят обуривание оставленной в скважине и выходящей на поверхность колонковой трубы обсадной трубой большего размера, оснащенной армированным башмаком. После обуривания обсадной трубой бурение снарядом ССК продолжается, а обуривание обсадной колонной проводят до тех пор, пока обсадная колонна не войдет в плотные коренные породы.

Забуривание с промывкой производят и при бурении двойной колонной КГК (гидротранспорт керна). В этом случае вода циркулирует через зазоры в колонне и попадает в зумпф не изливаясь и не контактируя со стенками скважины.

Простой расчёт

Артезианская скважина

Схема артезианской скважины.

Название этого типа выработок пришло из французского языка — с места бурения первой фонтанирующей скважины: провинции Артуа. Большая протяженность ствола и прочные породы грунта, пересекаемые на пути к водоносному пласту, предполагают применение мощных буровых установок — шнековый способ не подойдет.

Строительству выработки предшествует этап документального оформления. Бурение артезианской скважины не относится к лицензируемому виду деятельности, но для пользования водой из нее необходимо оформить много разрешений и согласований, включая получение лицензии на недропользование. Процесс это длительный и затратный.

Основные этапы: согласование расположения участка и скважины, проект геологических изысканий, оформление лицензии на разведочные работы, бурение, составление отчета и постановка запасов на государственный баланс.

Артезианские скважины разделяют на 4 разновидности:

1. Выработка с двойной обсадкой — в нижней части колонны на водоносном участке монтируют перфорированную трубу и размещают в ней насос, другая половина устанавливается сверху, доходит до известнякового слоя. Через отверстия в нижнем звене вода поступает в трубу и помпой выкачивается на устье. Применяется, когда давление в пласте слабое.
2. Водоскважина с переходом устраивается при изменчивом геологическом разрезе. Монтируют 3 обсадные трубы — большого диаметра в верхней части, среднего — в камнях и песках, малого — непосредственно в продуктивном слое. Используется при хорошем подпоре воды.
3. Скважина классическая — с одной обсадной трубой для нормальных условий.
4. Ствол с кондуктором — из 2 обсадок: в верхней и нижней частях.

Технология бурения сложная. Строительство артезианского водозабора выполняется специализированными организациями.

Преимущества

Преимущества артезианской скважины.

Главными достоинствами артезианской скважины являются удаленность водозабора от поверхности и залегание воды в пористых известняках, исключающих присутствие механических примесей в жидкости. Это позволяет откачивать подземный ресурс без установки на забое сетчатого фильтра.

Как следствие, проявляются и другие преимущества артезианских скважин:

• экологическая чистота воды;
• независимость от климатических и погодных условий;
• бесперебойность водоснабжения: запасы подземных вод подтверждены геологическими изысканиями.

Источник остается неиссякаемым на протяжении ≥50 лет. При этом не потребуется тратить средства на периодические очистки фильтра: его нет.

Недостатки

Связаны с затратами на стадии организации строительства и бурения глубоких выработок. Продолжительность периода от проектирования до получения паспорта артезианской скважины — 2 года.

На ограниченной территории соорудить водозабор не получится: минимальные размеры площадки для буровой установки 6х9 м. Вода содержит минеральные образования, обретенные при фильтрации сквозь грунт, является жесткой.

Особенности ручного бурения

Способ ручного бурения требует больших затрат физической силы, но позволяет сэкономить на оборудовании. Применяется при монтаже скважин глубиной не более 25 метров и проводится до тех пор, пока бур не дойдёт до водоупорного слоя.

В случае с ручным бурением используют:

• комплект буровых головок (бур-долото, бур-ложка, змеевики, желонки);
• штанги;
• лебёдка или электрическая таль;
• обсадные трубы;
• для работы на большой глубине – бурильная вышка.

Процесс проходки ствола состоит из следующих этапов:

1. Выкапывается небольшая яма глубиной в 40-50 см, в которой разместится бур.
2. Затем один человек начинает вращение бура; когда он войдёт достаточно глубоко, вращать придётся вдвоём, потом – вчетвером.
3. Через каждые 50-70 см вхождения в землю, бур необходимо вытаскивать и прочищать, чтобы грязь не залепила всю головку.
4. Если грунт слишком жёсткий, получившееся отверстие нужно необходимо заливать водой.

В момент заполнения шахты водой изнутри, работа прекращается. Теперь остаётся только откачать грязную воду с примесями – примерно 5-7 литров. Для этого понадобится насос.

Ударный способ

Данным способом устанавливается самая простая скважина-игла – абиссинский колодец. Этим методом активно пользуются домашние умельцы, пробивая скважину на воду на даче. Конструкция «буровой установки» представляет собой ствол, состоящий из отрезков трубы, и наконечник, который разрезает пласты грунта. Молотом служит увесистая баба, которая поднимается и опускается с помощью веревок: при натяжении своеобразный молот поднимается на верх конструкции, при ослаблении падает на подбабок – устройство из хомутов, расположенных симметрично. После вхождения ствола в грунт он наращивается новым отрезком, подбабок прикрепляется уже к новой части, и забивание продолжается до тех пор, пока наконечник не войдет в водоносный слой на 2/3 пласта.

Ствол-труба служит отверстием для выхода воды на поверхность.

Достоинство данной скважины заключается в том, что пробурить ее можно в подвале или другом подходящем помещении. Это создает удобство при пользовании. Привлекает и цена, пробить скважину для воды таким способом стоит недорого.

Ударный способ бурения можно применять на любых типах почвы

Канатно-ударное бурение

Наиболее часто используемый способ. Данный метод предполагает разбивание грунта посредством опускания с двухметровой высоты тяжелого бурового инструмента. Конструкция, используемая при таком виде бурения, состоит из элементов:

• треноги, которую размещают над местом бурения;
• блока с лебедкой и тросом;
• забивного стакана, штанги;
• желонки (для прохождения по сыпучим слоям грунта).

Стакан представляет собой отрезок стальной трубы, скошенный вовнутрь, имеющий прочную нижнюю режущую кромку. Сверху забивного стакана идет наковальня. По ней производит удары штанга. Опускание и подъем забивного стакана осуществляют с помощью лебедки. Порода, которая попадает в стакан, удерживается в нем за счет силы трения. Для того чтобы проникнуть в грунт максимально глубоко, используют ударную штангу: ее бросают на наковальню. После заполнения стакана грунтом его поднимают наверх, после чего очищают.

Бурение скважины на сыпучих грунтах производится с использованием желонки. Последняя представляет собой стальную трубу, на нижнем конце которой установлен задерживающий капан. После попадания желонки в почву клапан открывается, вследствие чего грунт попадает внутрь трубы. При подъеме конструкции происходит закрывание клапана. После извлечения на поверхность желонка очищается, действия повторяются снова.

Канатно-ударное оборудование для бурения скважин

Эффективно применяется при самостоятельном бурении и описанный выше шнековый способ. Как пробурить скважину своими руками с помощью шнека, объяснять дополнительно не имеет смысла – основной принцип сохраняется.

Преимущества ручного бурения:

• экономичный способ в финансовом отношении;
• ремонт и профилактику ручного бура производить несложно;
• оборудование негромоздкое, поэтому нет необходимости задействовать тяжелую технику;
• способ применим в труднодоступных местах;
• эффективен, не требует большого количества времени.

Основными недостатками ручного бурения можно считать опускание на небольшую глубину (до 10 м), где в основном проходят пласты, вода которых требует очистки, и невозможность дробить твердые породы.

Ударно-канатная схема с желонкой и пробойным долотом

Простые методы бурения скважин

Особенности

Ключевое отличие гидробурения скважин на воду – это наличие двух процессов бурения. В первую очередь при выборе данного метода происходит разрушение породы с помощью специальных приспособлений. Далее куски земли извлекают водой под давлением. Другими словами, гидробурение подразумевает вымывание грунта мощной струей воды.

Особенность способа в том, что этапы проводятся одновременно, что позволяет в максимально короткие сроки получить качественный результат. Для разрушения породы в грунт погружают специальное буровое оборудование, а зачистку проводит оснастка, которая закачивает воду в грунт и подает ее в тело возводимой в процессе скважины.

Другая особенность гидробурения заключается в том, что жидкость из оснастки используется не только для вымывания породы, разрушенной бурильным оборудованием. Дополнительные функции подаваемой жидкости:

• возможность выноса разрушенной породы на поверхность;
• охлаждение инструментов, которые используются для бурения;
• шлифовка скважины изнутри, предотвращающая ее обрушения в дальнейшем.

Плюсов гидробурения скважин на загородных участках довольно много.

• Снижение финансовых затрат. Работы по бурению скважин с помощью гидробуровой установки можно выполнить своими руками без приглашения специалистов и особых навыков.
• Возможность установки компактного небольшого оборудования для работы на участках небольшой площади. Для обустройства скважины используют малогабаритную технику.
• Удобство метода. Для бурения не потребуется проводить никаких предварительных расчетов, закупать огромный спектр оборудования и инструментов. Современная методика проста и понятна каждому, кто решит попробовать этот способ.
• Быстрые сроки бурения и обустройства скважины. Работы можно выполнить максимум за неделю.

А также стоит отметить экологическую безопасность метода и минимальное воздействие на ландшафт. Проводить работы по бурению скважин можно даже на благоустроенных участках. Однако такой способ подойдет не всегда.

Виды бура для гидробурения скважин

Буровые установки могут отличаться, исходя из методики бурения. Ударный бур работает за счет механического воздействия с помощью грузов. Вращающаяся конструкция более сложная по строению, но зато работа выполняется в разы быстрее.

Виды буровых установок:

1. Ударно-канатная. Строение конструкции заключается в раме с пирамидальным основанием и троса со снарядом.
2. Шнековая. Вращающийся шнек проникает под землю, просверливая отверстие. Особенность – скважина не промывается.
3. Роторы. Соблюдается технология гидравлики.
4. Ручное устройство роторного типа. Отличительная особенность заключается в отсутствии мотора. Все работы выполняются своими руками, что достаточно трудоемкий процесс. Именно поэтому популярность такого оборудования достаточно низкая.

Шнековые установки практически невозможно сделать самостоятельно. Для этого необходимы специальные навыки и инструменты. Но создание самодельной установки имеет множество преимуществ. Это намного дешевле, оборудование получается компактных размеров. При этом может получиться качественная конструкция, с которой легко работать.

Изготовление ложкового бура

Для устройства водоносной скважины в мягком или сыпучем грунте отлично подойдёт другой вариант вращательного бурового приспособления – бур-ложка. Он позволяет быстро выбирать грунт, потому что разрыхление почвы производится не только его нижней оконечностью, но и боковинами. Для самостоятельного изготовления такого устройства понадобится толстостенная стальная труба длиной около полуметра.

В трубе делается вертикальный разрез, от одного конца до другого. Нижний торец трубы слегка загибается кувалдой вовнутрь, чтобы получилась черпающая ложка – одна сторона торца загнута сильнее другой. Затем простукиваем трубу кувалдой вдоль продольного разреза, чтобы один край разреза выступал наружу. Все выступающие, они же режущие, части заготовки затачиваются болгаркой. К верхнему торцу бура прикрепляется штанга, приводящая его во вращение.

Это необходимо, чтобы позволить боковой кромке захватывать грунт. Срезанная почва накапливается внутри бура, и удаляется при вынимании из скважины. Снизу к буру обычно приваривают толстое сверло – оно служит для центровки направления заглубления в землю.